航空發(fā)動機結構強度一體化設計系統(tǒng)

2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

基于PERA.Simulation的基礎架構,針對航空發(fā)動的特點設計要求進行定制和開發(fā),實現(xiàn)葉片強度結構的一體化設計。葉片的設計方案主要工作包括:葉片強度設計流程定制,葉片參數(shù)化建模,接口數(shù)據(jù)格式定制與集成,設計流程及模板的定制。

作者: 安世亞太來源: 安世亞太
關鍵字: CAE 安世亞太 PERA.Simulation 航空發(fā)動機一體化設計

項目概況
近些年國外大型商業(yè)軟件的引進,使得在航空發(fā)動機的設計、分析諸多方面都得到了顯著效果,但是盡管這些軟件水平和質量與國外不相上下,而取得的效果卻是天壤之別。如R&R公司那種一天20個葉片方案評估,而以國內(nèi)目前的流程絕對是無法想象的。
因此如何通過更有效的手段使企業(yè)信息化建設從單點應用走向全面集成,從單項仿真技術應用走向全面協(xié)同仿真,成為擺在每個航空企業(yè)面前的亟待解決的現(xiàn)實問題。
航空某發(fā)動機設計研究所主要從事于航空發(fā)動機研究,航空發(fā)動機的研制是一項涉及多學科、多技術的復雜系統(tǒng)工程,各國發(fā)動機部門都很重視相關的計算機輔助設計及一體化設計技術工作。該所通過應用安世亞太公司的協(xié)同仿真平臺PERA.Simulation實現(xiàn)了“強度結構一體化設計系統(tǒng)”的集成與開發(fā):
?以結構強度一體化設計為目的,完成用于強度分析的葉片參數(shù)化建模研究,開展相關數(shù)據(jù)傳遞方法、相關接口軟件編制的工作,為保證各部門模型數(shù)據(jù)間無縫銜接打下基礎;
?以目前使用的設計規(guī)范為基礎,創(chuàng)建與強度設計相關的氣動、結構等模塊的數(shù)據(jù)接口,從而保證相關數(shù)據(jù)源的單一性;
?搭建結構強度一體化設計平臺,并以發(fā)動機部件為對象,完成系統(tǒng)測試。
項目挑戰(zhàn)
“強度結構一體化設計系統(tǒng)”從發(fā)動機強度角度考慮,研究將以壓氣機輪盤、葉片為主,在目前已有強度設計規(guī)范基礎上,進行數(shù)字化改造,以完善輪盤、葉片強度設計系統(tǒng),從而保證設計系統(tǒng)的完整性。因此該研究所基于協(xié)同仿真平臺PERA.Simulation(PERA.S)的應用需實現(xiàn)航空發(fā)動機一體化的設計需求:

航空發(fā)動機結構強度一體化設計系統(tǒng)+有限元仿真分析相關圖片圖片1

仿真與設計的數(shù)據(jù)協(xié)同
要求在仿真和設計之間實現(xiàn)基于統(tǒng)一的模型和參數(shù),設計和仿真的任何一方對于模型的修改可保證另一方的同步更新。設計模型的更改不應影響仿真的載荷、邊界條件、網(wǎng)格、求解控制、后處理等的設置,可自動實現(xiàn)仿真結果的更新。
強度分析的工程定制——設計模板定制
為確保分析過程的標準化、規(guī)范化,在設計規(guī)范的基礎上,將主要經(jīng)驗固化到程序中,形成相應的設計模板。要求系統(tǒng)界面簡潔,分析人員只看到幾何尺寸、零件材料、工程載荷的大小等設計參數(shù)的修改界面。從而保證分析工程的標準化,避免不同的分析者得到不同結果。
初步實現(xiàn)相關模型數(shù)據(jù)的管理
系統(tǒng)需實現(xiàn)設計過程中的數(shù)據(jù)管理,保證同一設計的設計模型、仿真模型、結果、報告、多方案比較等模型數(shù)據(jù)的管理,并實現(xiàn)與PDM的集成。
解決方案(Solution)
“強度結構一體化設計系統(tǒng)”基于PERA.S/CAxMan的基礎架構,針對航空發(fā)動的特點設計要求進行定制和開發(fā),實現(xiàn)葉片強度結構的一體化設計。葉片的設計方案主要工作包括:葉片強度設計流程定制,葉片參數(shù)化建模,接口數(shù)據(jù)格式定制與集成,設計流程及模板的定制。該項目的主要成果包括:
?實現(xiàn)了強度與結構設計間模型參數(shù)的雙向互動及數(shù)據(jù)協(xié)同——利用PERA.S/CAxMan自身的CAD雙向數(shù)據(jù)接口即可實現(xiàn)。
?實現(xiàn)了氣動載荷數(shù)據(jù)的集成 - 針對葉片類部件的要求,在結構強度一體化設計平臺中開發(fā)集成了氣動載荷插值程序及接口,實現(xiàn)了高效準確的發(fā)動機葉片上氣動載荷數(shù)據(jù)的施加。
?定制了設計模板及強度分析流程 – 按部件強度設計流程及規(guī)范,建立相關設計模板。模板的內(nèi)容包括載荷施加、網(wǎng)格劃分、分析項目、計算結果提取等。模板和流程存放于數(shù)據(jù)庫中,作為全所的智力資產(chǎn)保存下來。
?實現(xiàn)了模型與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理 - “強度結構一體化設計系統(tǒng)” 集中、整合、管理了所有類型的仿真數(shù)據(jù),并與iMAN集成,強度分析數(shù)據(jù)的索引存儲于PDM的系統(tǒng)中。集成后的PDM可觸發(fā)一體化設計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),從而檢出強度分析的所有相關文件到本地。當然這種檢出是依據(jù)PDM賦予此賬戶的權限來進行的。當仿真任務執(zhí)行完畢后,可以通過一體化設計系統(tǒng)將仿真數(shù)據(jù)自動檢入到PDM。

航空發(fā)動機結構強度一體化設計系統(tǒng)+有限元仿真分析相關圖片圖片2
模型參數(shù)的雙向互動及數(shù)據(jù)協(xié)同

航空發(fā)動機結構強度一體化設計系統(tǒng)+有限元仿真分析相關圖片圖片3
設計模板及強度分析流程

用戶評價
?利用該項目的成果,以某型低壓壓氣機一級輪盤為研究對象進行了“一體化環(huán)境下的輪盤部件尺寸敏度分析”,對發(fā)動機典型部件進行強度計算、結構優(yōu)化以及公差敏感度分析的可行性研究,為該級輪盤強度、壽命影響因素的敏感度分析提供了參考。
?“強度結構一體化設計系統(tǒng)”保證了數(shù)據(jù)的快速流通與有效共享,滿足結構強度一體化設計要求。相關分析方法、步驟為發(fā)動機強度設計系統(tǒng)的搭建提供了經(jīng)驗和指導作用。
?“強度結構一體化設計系統(tǒng)”的項目成果獲得了該所領導和業(yè)內(nèi)人事的認同與贊賞。
用戶價值
?利用PERA.S/CAxMan的雙向CAD數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)強度與結構設計間模型與數(shù)據(jù)協(xié)同是其它仿真軟件不具備的。
?無須腳本,模型修改后進行仿真分析結果的更新充分利用了PERA.S/CAxMan面向對象的技術優(yōu)勢。
?設計模板及強度分析流程的定制充分體現(xiàn)了PERA.S/CAxMan開放架構的技術特定,定制過程簡單、界面友好。
?PERA.S/CAxMan項目方式的數(shù)據(jù)管理功能和與PDM的接口實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理是其它仿真軟件不具備的。

開放分享：優(yōu)質有限元技術文章,助你自學成才